印刷機UV固化裝置改造為UV-LED固化裝置實現(xiàn)突破性節(jié)能環(huán)保雙收益

葛曉森 郭力 劉和水

大家知道，紫外線UV汞燈被推廣應(yīng)用到印刷技術(shù)行業(yè)，在UV光（一定波長）照射下，對印刷產(chǎn)品進(jìn)行固化，此固化裝置與傳統(tǒng)的溶劑型烘干產(chǎn)品方式比較，UV光固化相對更快高效，但由于UV汞燈固化設(shè)備價格昂貴、維護(hù)成本高、UV光照強度衰減快、設(shè)備體積大、耗材貴、燈管內(nèi)汞污染、排氣不環(huán)保需排風(fēng)過濾設(shè)施等問題，印刷行業(yè)也一直致力于創(chuàng)新改進(jìn)，但因硬件的局限性一直難以突破，隨著科技的發(fā)展，UV-LED的發(fā)明制造，為印刷產(chǎn)品固化技術(shù)帶來了革命性的變化，它具有穩(wěn)定的光照固化、精確的溫度控制、無污染環(huán)保的特性和相對較低的購買和維護(hù)維修成本，對原UV汞燈固化工藝的質(zhì)量提升與節(jié)能降耗環(huán)保起到革命性推動作用。它分為UV- LED點光源、線光源、面光源。下面對此新技術(shù)從使用壽命、控制方式、開停機的耗電、輻射強度、對印刷基材的影響、環(huán)保無污染、超強照度固化達(dá)到節(jié)能的效果、安裝簡單和節(jié)約空間、設(shè)備維修率較低和使用安全性等方面比對，來說明改造后的節(jié)能環(huán)保雙收益。

①傳統(tǒng)UV汞燈固化設(shè)備采用高壓驅(qū)動，耗電高，功率為幾千瓦到幾十千瓦，開機后要預(yù)熱、散熱，由于汞燈啟動慢、開關(guān)影響燈管壽命，所以一般UV汞燈開啟后不再關(guān)閉，一直點亮，不僅造成不必要的電力消耗而且縮短了汞燈工作壽命，使用壽命只有800～2000小時。

②UV-LED光源的開啟需要滿足：A.壓合信號（開關(guān)信號）;B.速度信號（脈沖式或者0～10V模擬量信號），滿足條件后UV-LED瞬時啟動，瞬時開關(guān)，無需預(yù)熱和散熱，沒有停機損耗，可以僅在需要紫外線時瞬間點亮，因此UV-LED的使用壽命為2萬～3萬小時，并減少了更換、保養(yǎng)、清理的時間，提高工作效率。

①傳統(tǒng)UV汞燈為了節(jié)約能耗，一般設(shè)計為25%、50%、75%和100%等幾種固定的調(diào)節(jié)方式，在生產(chǎn)中，汞燈的功率幾乎是按照設(shè)定的功率運行。

②UV-LED實現(xiàn)了電功率的無極調(diào)速功能，LED的功率隨著設(shè)備速度的變化而隨時變化?？梢栽谡丈鋾r間與強度方面實現(xiàn)精確控制，可以實現(xiàn)1%的功率調(diào)節(jié)功能，在設(shè)備不需要高速運轉(zhuǎn)的時候，用低功耗自動控制固化，節(jié)電效果更加明顯。

開、停機的耗電比對

從目前工廠使用UV汞燈固化情況來看，每日點燈時間大約為整個工作時間的40%～50%，如果每天工作20小時，實際固化使用時間只有8～10個小時。大量的時間耗費在換版、維護(hù)、維修、休息、改版及其他它雜事上，所以在停機狀態(tài)下，UV汞燈也是以20%～50%的功耗繼續(xù)亮燈。汞燈大部分時間都是在空耗電能。

而UV-LED在設(shè)備非運轉(zhuǎn)期間，則處于關(guān)燈狀態(tài)，可以節(jié)約電能。

從輻射強度方面比對

①傳統(tǒng)汞燈方式的紫外線固化機，波長范圍大，放熱量大，固化效率低，真正用于有效固化的紫外譜段只占其中一部分能量，而很大一部分是紅外輻射，一般都會使被照射的產(chǎn)品表面升高到60℃～90℃，容易使印刷基材受熱變形，造成產(chǎn)品套印不準(zhǔn)。

②UV汞燈輻照不均勻，沿?zé)艄荛L度方向，兩端的發(fā)光強度較中間部分弱，不能均勻發(fā)光，無法達(dá)到對平面物體均勻照射，使得固化印刷基材吸收的光強不同，影響固化效果。而UV-LED輻射是由于很多LED組成，它的固化效果均勻。

③UV汞燈輻射強度調(diào)節(jié)一般是通過改變光源強度來實現(xiàn)，相應(yīng)輻射強度在有限幾個值之間轉(zhuǎn)變，應(yīng)用不靈活。例如，對于曲面物體各位置只能同樣照射，發(fā)射固定紫外光，致使曲面不同位置吸收的光強有明顯差異，而針對不同輻射要求的UV材料，也無法依照材料的需求調(diào)整強度。而UV-LED輻射是由于很多LED組成，可以單獨調(diào)節(jié)，靈活使用。

對印刷基材的影響比對

①傳統(tǒng)的汞燈產(chǎn)生大量不需要的紅外光譜，紅外線的存在產(chǎn)生了約90%的能耗，不能有效地用于固化而浪費掉，導(dǎo)致對印刷基材的溫度很高，最終使印刷基材變形導(dǎo)致對位套印不準(zhǔn)，所以很多不耐熱或?qū)囟让舾行詮姷挠∷⒒臒o法? 使用。

而UV-LED產(chǎn)品，在速度高于30米/分的情況下，即便是距離印刷基材3～5mm，在水冷輥上的印刷基材的溫度幾乎沒有什么變化。從目前我們使用的實際效果來看，可以印刷1.2絲厚度的透明PET薄膜。由此看來，UV-LED拓展了可印刷的材質(zhì)范圍，解決了印刷行業(yè)多年沒有解決的技術(shù)難題。

②目前UV-LED系統(tǒng)裝置支持現(xiàn)有固化系統(tǒng)的速度匹配，能更快地提高印刷速度。通常全柔性版印刷，可以穩(wěn)定支持160m/min的固化速度。通過測試結(jié)果，在高于80m/min速度時，由于LED芯片的波長主要集中在380～390nm，所以在高速下對于塑膜類產(chǎn)品固化的效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于UV汞燈下的固化效果，因此通過質(zhì)量測試結(jié)果表明，在油墨與材料的附著力方面提高有較大的附著力值。

環(huán)保無污染比對

①傳統(tǒng)的汞燈方式固化機采用汞燈發(fā)光方式，燈管內(nèi)有水銀，廢品處理、運輸非常麻煩，處理不當(dāng)會對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染。而UV-LED式固化機采用半導(dǎo)體發(fā)光，沒有對環(huán)境造成污染的因素。因此使用UV-LED式固化機更加環(huán)保。

②室內(nèi)的排風(fēng)裝置取締，更換為水冷卻。UV汞燈需要配置排風(fēng)設(shè)備，需要增加排風(fēng)輔助設(shè)備，操作復(fù)雜維護(hù)成本高，同時提高了開機功率運行成本，與國家的環(huán)保印刷政策不符合。另外，排風(fēng)設(shè)備的不穩(wěn)定性能對光源的正常運行起著重要作用，并將直接影響固化效果，經(jīng)常有固化效果不好，造成產(chǎn)品不穩(wěn)定或報廢處理，存在重大質(zhì)量隱患和不穩(wěn)定因素。

③UV汞燈印刷時會產(chǎn)生有臭氧和氨氣，而UV-LED沒有任何排? ? 放物。

④UV汞燈的吸風(fēng)裝置噪音很大，溫度很高;LED沒有噪音，全水冷設(shè)備無噪聲運行，不產(chǎn)生高溫，對工人的工作環(huán)境大大改善，更加人性化。

超強照度固化達(dá)到節(jié)能的效果比對

①采用大功率LED芯片和特殊的光學(xué)設(shè)計，是紫外光達(dá)到高精度、高強度照射;紫外光輸出達(dá)到8600mw/m2的照射強度。采用最新的光學(xué)技術(shù)和制造工藝，實現(xiàn)了比傳統(tǒng)汞燈照射方式更加優(yōu)化的高強度輸出與均勻性，幾乎是傳統(tǒng)汞燈方式照射光度的2倍，使黏合劑更快固化，縮短了生產(chǎn)時間，大幅度提高了生產(chǎn)效率。

②傳統(tǒng)的UV汞燈方式點光源固化機在增加照射通道時，通道的增加會造成單個照射通道的輸出能量減少。而采用LED式的照射，各個照射頭獨立發(fā)光，照射能量不受通道增加的影響，始終保持在最大值。因其超強集中的光照度，與UV汞燈相比，UV-LED縮短了作業(yè)的照射時間，提高了生產(chǎn)效率。UV-LED方式較汞燈方式有效發(fā)光效率高10倍以上。

③UV汞燈方式無論是否進(jìn)行有效照射，汞燈都需要連續(xù)點燈工作，電力一直處于消耗狀態(tài)。而UV- LED方式只在照射時才消耗電力，而在待機時電力消耗幾乎為零。目前經(jīng)試驗測試50瓦的UV-LED的發(fā)光效率為5000lm以上，相當(dāng)于150瓦高壓汞燈的照度。

安裝簡單，節(jié)約空間的比對

UV-LED固化機的體積只有傳統(tǒng)UV汞燈固化機的1/5大小，使設(shè)備的安裝更加簡單，減少了生產(chǎn)現(xiàn)場的場地占用面積，可以很方便地在原有設(shè)備的空間位置上進(jìn)行替換，不需要汞燈配套的風(fēng)機、電源柜，雜亂的吸風(fēng)裝置全部取消。UV-LED固化系統(tǒng)，只有水冷機和控制機柜，體積小巧占用空間小。

設(shè)備維修率的降低和使用安全性

①我司使用的UV汞燈經(jīng)常維修氣缸和機械傳動部分，如果不及時打開溫度高還會造成導(dǎo)熱反光板燒壞，鏡片還要經(jīng)常擦拭保養(yǎng)，否則達(dá)不到固化效果，造成產(chǎn)品固化效果不好甚至報廢。而UV-LED性能穩(wěn)定無維修率。

②UV汞燈它的光源對人的眼睛輻射傷害大，而UV-LED沒有傷害。

筆者通過針對以上的UV-LED的優(yōu)越性分析論證，發(fā)揮專業(yè)技術(shù)人員的自主技術(shù)力量，改造幾臺印刷機，通過使用，從節(jié)約電費、提高工作效率、節(jié)約人工成本、減少報廢的材料等合計節(jié)約成本上百萬元。同時由原來的排風(fēng)裝置取締，更換為水冷機直接排在室內(nèi)，既環(huán)保又可以冬天取暖，通過改革創(chuàng)新，給公司帶來了利潤和環(huán)保雙收益?？傊?，此技術(shù)環(huán)保節(jié)能，與國家政策相吻合，也是最近幾年研發(fā)并產(chǎn)業(yè)化的一個主要原因，讓印刷業(yè)的前景看到了希望，是一次革命性的技術(shù)突破。

作者單位：山東泰寶防偽技術(shù)產(chǎn)品有限公司

責(zé)任編輯：李倩 liqian@cprint.cn